JP4493113B2 - プロジェクタおよび投影画像補正装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像形成部材に形成された画像を前記光学系を介して投影面に投影するプロジェクタおよび光学系を介して投影面に投影するプロジェクタの投影画像を補正する投影画像補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオプロジェクタのような、画像を投影する装置において、電子的に形成されたデジタル画像をスクリーン等の投影面にゆがみなく投影することはきわめて重要な要件である。従来、このようなプロジェクタを使用する上でしばしば問題となるのが、プロジェクタの光軸とスクリーン平面等の投影面の直交性が崩れることにともなう、いわゆる台形ゆがみである。この台形ゆがみを補正するための技術として、たとえば、以下のような補正技術が提案されてきた。
【０００３】
従来の補正技術として最も代表的なものとして、あおり光学系による方法を利用するものがある。これは、作像平面とスクリーン平面とを平行に保つように配置し、これに適した結像系を置く方法である。この方法において最も一般的に用いられている第１の手法としては、レンズを作像平面に平行にずらすものがある。この第１の手法は実用化されている例も多数存在する。また、第２の手法として、くさび上のレンズやプリズムを光学系に追加することにより補正するものがある。
【０００４】
さらに、近来、デジタル画像を投影することが多くなるにつれ、電子的に台形ゆがみを補正する方法が提案されている。その代表的な例として、テストチャートのような既知の画像を投影しておいて、投影された画像をデジタルカメラ等の撮像装置によって撮影し、ゆがみ量を計測し、各画像の投影位置として最適な位置にくるようにあらかじめ作像位置を変移させておくというものがある。
【０００５】
【発明が解消しようとする課題】
しかしながら、上記従来の補正技術のうち、第１の手法にあっては、レンズの広角側を結像に利用するため、高度なレンズ設計技術が求められ、その結果、装置が高価になるという問題点があった。
【０００６】
また、第２の手法にあっては、付属の光学部品が必要であり、また、大きなゆがみには対応が困難であるという問題点があった。
【０００７】
また、上記従来技術である電子的に台形ゆがみを補正する方法では、デジタルカメラ等の撮像装置が別途必要になり、その分だけ高価になるという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上述した従来例による問題点を解消するため、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正することが可能なプロジェクタおよび投影画像補正装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明のプロジェクタは、画像を形成する画像形成部材および光学系を備え、前記画像形成部材に形成された画像を前記光学系を介して投影面に投影するプロジェクタにおいて、前記投影面に投影された画像のゆがみを補正するための前記投影面に投影された画像の正しい位置に対応する前記投影面上の位置座標を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された位置座標に基づいて前記投影面に投影される画像のゆがみ量を算出、あるいは、算出結果を参照する算出手段と、前記算出手段により算出されたゆがみ量に基づいて前記画像形成部材に形成される前記画像を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを補正することができる。
【００１１】
また、前記入力手段により位置座標が入力される際、円形、長方形等の所定形状の画像からなるゆがみを補正するための標準画像を前記投影面に投影する標準画像投影手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができる。
【００１３】
また、前記光学系の光軸を前記投影面の中心方向へ移動させる光軸移動手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、プロジェクタが設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができる。
【００１５】
また、この発明の投影画像補正装置は、光学系を介して投影面に投影するプロジェクタの投影画像を補正する投影画像補正装置において、前記投影面に投影された画像のゆがみを補正するための前記投影面に投影された画像の正しい位置に対応する前記投影面上の位置座標を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された位置座標に基づいて前記投影面に投影される画像のゆがみ量を算出、あるいは、算出結果を参照する算出手段と、前記算出手段により算出されたゆがみ量に基づいて前記画像形成部材に形成される前記画像を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを補正することができる。
【００１７】
また、前記入力手段により位置座標が入力される際、円形、長方形等の所定形状の画像からなるゆがみを補正するための標準画像を前記プロジェクタに出力する標準画像出力手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができる。
【００１９】
また、前記プロジェクタの光学系の光軸を前記投影面の中心方向へ移動させる光軸移動手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、プロジェクタが設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係るプロジェクタ、投影画像補正装置、投影画像補正方法およびその方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００５２】
（実施の形態１）
実施の形態１においては、大別して２つの機能を有する。１つは光学的補正機能であり、もう１つは電子的補正機能である。
【００５３】
（光学的補正機能）
まず、実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【００５４】
図１において、プロジェクタ１００は、複数のレンズ等から構成される光学系１０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート１０２と、光学系１０１の光軸を投影面の中心方向へ移動する光軸移動部１０３と、作像プレート１０２を２点以上の点により支持する支持部１０４と、支持部１０４を制御することにより、投影面に対する作像プレートの角度を制御する作像プレート角度制御部１０５と、投影面に投影された画像のフォーカスを補正するための位置座標を入力する入力部１０６と、から構成される。
【００５５】
なお、光軸移動部１０３は、光軸を固定に設定した場合は不要であり、任意の構成要素となる。
【００５６】
光軸移動部１０３、作像プレート角度制御部１０５、入力部１０６は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【００５７】
つぎに、実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能の原理について説明する。図２、３は、実施の形態１によるプロジェクタの側面から見た光学系・作像プレートと投影面との投影面との関係を示す説明図である。
【００５８】
台形ゆがみを生じるような光学的位置関係では、図２に示すような作像プレートＩ上の画像すべてが、スクリーンＳ上に正しくフォーカシングされていない。従来は、このフォーカスのずれを除去するために、あおり光学系が採用されていたが、実施の形態１においては、従来のあおり光学系の欠点、すなわち、広角レンズやプリズムを必要とする光学系の代わりに、光軸移動部１０３により図２に示すように、そのまま光軸Ｏを回転移動させて投影する。
【００５９】
ただし、この状態では、作像プレート（ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示素子）Ｉから点Ａまでの距離と、作像プレート（ＬＣＤ）Ｉから点Ｂまでの距離の違いにより、点Ａと点Ｂとを同時にフォーカシングさせることはできない。
【００６０】
点Ａおよび点Ｂの両方を同時に結像させるためには、作像プレート（ＬＣＤ）Ｉの角度を制御し、より遠方の点、すなわち点Ａの信号を形成する作像プレート（ＬＣＤ）Ｉ側を、図３に示しように、光学系に近づける。図３にあっては、作像プレート（ＬＣＤ）Ｉを光学系に近づけた状態（作像プレート（ＬＣＤ）Ｉ’）を示している。
【００６１】
つぎに、より具体的な制御の内容について説明する。まず、投影面（平面）の方程式を式（１）で表す。
ｚ＝ｐｘ＋ｑｙ＋ｃ （１）
【００６２】
ここで、座標軸は正常位置の作像プレートに固定しているとし、ｚ軸は作像プレートに垂直な光学系の光軸に取り、ｘ軸、ｙ軸は作像プレート平面に平行な、水平と垂直軸にとるとする。また、仮想的に作像プレートを光学系の投影面側に置き、作像プレートをｚ＝１とする。この仮定は、カメラ投影系ではしばしば使用される系であり、これを用いることとする。
【００６３】
作像プレート平面座標値を（Ｘ，Ｙ）で表し、投影面上の座標値を（ｘ，ｙ）で表すと、両座標値（（Ｘ，Ｙ）と（ｘ，ｙ））の関係は、図４に示す関係になる。図４は、実施の形態１によるプロジェクタの作像プレート平面座標値と、投影面上の座標値との関係を示す説明図である。
【００６４】
図４において、式（２）、式（３）、式（４）の関係が成立する。
（０，Ｙ）←→（０，−ｃ／ｑ，−ｃ／ｑＹ） （２）
（Ｘ，０）←→（−ｃ／ｐ，０，−ｃ／ｐＸ） （３）
（０，０）←→（０，０，ｃ） （４）
【００６５】
作像プレート上の（０，Ｙ）と（Ｘ，０）の距離は、投影面上では、
【数１】
および、
【数２】
となる。
【００６６】
したがって、Ｘ＝Ｙの場合、両者の距離の比は、
ｐ／ｑ （５）
となる。
【００６７】
ここでは、距離の単位は結像レンズの焦点距離であるから、
−１＜Ｘ，Ｙ＜１
−１≪ｐ，ｑ≪１
が成立する関係を利用したものである。また、作像プレート平面上の水平・垂直軸は、投影面の水平・垂直軸とそれぞれ同一平面内にあるとする。
【００６８】
このような場合に、投影面上の等長線分を、作像プレート上の長さで測定することにより、スクリーンを表す方程式の係数の１つを求めることができる。換言すれば、長さの等しい垂直・水平線は、それぞれ長さの比がｐ：ｑの線分として投影される。
【００６９】
ここで、ｐ≦ｑの関係が成立するとすると、等しい長さの垂直・水平線分が投影された垂直・水平線画像において、水平線上に垂直線の長さと等しい点にポインタを移動し、この点のこの座標値を作像プレート角度制御部１０５の所定の記憶領域に記憶する。
【００７０】
図５は、実施の形態１によるプロジェクタの投影面に投影された画像の例を示す説明図である。図５において、作像プレート角度制御部１０５の所定の記憶領域に座標値が記憶された点をｑ１とする。操作者は、図３のように投影された投影画像を参照し、垂直軸ｏｐと水平軸ｏｑの長さが等しくなるよう水平軸上の点ｑ１を指定する。
【００７１】
より具体的には、ポインティングデバイス等を用いて、輝点◎をｑ１に移動させて、ボタンをクリックすればよい。これにより、式（５）に基づいて
ｐ／ｑ＝Ｋ （６）
を求めることができる。
【００７２】
式（６）の関係から、投影面の方程式である式（１）は以下の式（７）で表すことができる。
ｚ＝Ｋｑｘ＋ｑｙ＋ｃ＝ｑ（Ｋｘ＋ｙ）＋ｃ （７）
【００７３】
式（７）は、等高線がＫｘ＋ｙ＝ｃｏｎｓｔで表すことができる平面からなっているので、投影面と作像プレート面の光線の方程式は上記等高線に対して平行である。したがって、作像プレート面と投影面の結像関係を保持するためには、投影面に対して傾斜方向余弦は１：Ｋであるから、作像プレート面も１：Ｋの割合で傾斜されるようにする。
【００７４】
図６は、実施の形態１によるプロジェクタの作像プレートを傾斜させるための機構を示す説明図である。図６において、基板６００の四つのコーナーを支持する可動アクチュエータ６０１，６０２，６０３，６０４が備えられており、作像プレートＩはこの四つの可動アクチュエータ６０１〜６０４によって傾斜されることにより、投影面に対する角度が制御される。なお、可動アクチュエータは、複数あればよく、上記のように四つには限定されない。
【００７５】
傾斜の割合は、
【数３】
および
【数４】
となる。
【００７６】
なお、傾斜角度の絶対値は、投影面との距離に依存するため、実際のフォーカス合わせは、投影面に投影された投影画像を確認しながら調整するとよい。また、この回転角度は、図３におけるＩとＩ’の角度であるが、一般的に投影面は結像レンズの焦点距離に比べてきわめて大きいので、この角度は０に近い。したがって、作像プレートの角度制御はきわめて微少でよい。
【００７７】
つぎに、フォーカシングの設定方法について説明する。図７は、実施の形態１によるプロジェクタのフォーカシングの設定の手順を示すフローチャートである。図７のフローチャートにおいて、まず、任意のステップとして、投影面における投影画像が所望の位置に表示されるように光軸を移動（回転）させる（ステップＳ７０１）。
【００７８】
つぎに、図５に示したような、あらかじめ定められた水平／垂直の等長線分の図形を投影面に投影表示する（ステップＳ７０２）。
【００７９】
つぎに、ステップＳ７０２において投影表示された図形の水平／垂直の等長線分のうち、短い方の線分と見せかけ上等しい長さの点を、長い方の線分上に指定されたか否かを判断する（ステップＳ７０３）。指定の方法は、上述のように、輝点を移動させ、ポインティングデバイスをクリックすることによりおこなわれる。
【００８０】
ステップＳ７０３において、指定されるのを待って、指定された場合（ステップＳ７０３肯定）は、指定された点の座標値に基づいて、パラメータｐ：ｑを算出する（ステップＳ７０４）。
【００８１】
つぎに、ステップＳ７０４において算出されたパラメータｐ：ｑに基づいて算出した角度で作像プレートを傾斜させる（ステップＳ７０５）。
【００８２】
その後、その状態で、投影面のフォーカシングがＯＫであるか否かを判断する（ステップＳ７０６）。ここで、ＯＫでない場合（ステップＳ７０６否定）は、ステップＳ７０３へ移行し、再度、等長点の指定されるのを待つ。
【００８３】
一方、ステップＳ７０６において、ＯＫである場合（ステップＳ７０６肯定）は、水平／垂直の等長線分の図形を消去し（ステップＳ７０７）、処理を終了する。
【００８４】
（電子的補正機能）
つぎに、実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成について説明する。図８は、この発明の実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【００８５】
図８において、プロジェクタ８００は、複数のレンズ等から構成される光学系８０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート８０２と、作像プレートに作像するための画像を形成する画像形成部８０３と、補正部８０４と、算出部８０５と、投影面に投影された画像の台形ゆがみを補正するための位置座標を入力する入力部８０６と、標準画像を形成する標準画像形成部８０７とから構成される。補正部８０４および算出部８０５の内容については後述する。
【００８６】
なお、画像形成部８０３、補正部８０４、算出部８０５、入力部８０６は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【００８７】
つぎに、実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能の原理（補正部８０４、算出部８０５の内容）について説明する。電子的補正は、投影された標準パターンと、これを操作する手順からなる。まず、プロジェクタによってあらかじめ定められた標準パターン画像が投影面に投影される。
【００８８】
図９は、実施の形態１によるプロジェクタの標準パターン画像を投影面に投影した例を示す説明図である。図９において、台形ＡＢＣＤと、その中央にある実線の楕円があらかじめ定められた標準パターン画像である。本来、この台形ＡＢＣＤは、プロジェクタの光軸が投影面に対して垂直であれば、それぞれ長方形と円形に投影されるべきものである。このような理想的状態のパターンが図中に破線の矩形で示されている。
【００８９】
操作者は、最初のセットアップの状態において、あらかじめ定められた標準パターン（長方形）を投影面に投影させ、四辺形の四つのコーナーに対応する本来あるべき正しい位置をポインティングデバイスあるいはキー操作によって指定する。キー操作の場合は、座標値を入力するか、方向キーを用いて輝点を移動させることにより正しい位置を指定する。このような正しい位置をＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で示している。
【００９０】
このとき、四つの点の指定を容易にするため、画像のゆがみが目立つような図形、たとえば、円形を用いるようにしてもよい。
【００９１】
変形前の座標値を（ｘ，ｙ）とし、変形後の座標値を（ｘ’，ｙ’）とすると、その間の変換行列は式（８）で表すことができる。
【数５】
なお、ｗ’は所定のパラメータを意味する。
【００９２】
図９に示した四つのコーナーの座標値を与えると、式（８）を解くことができ、変換行列Ｔを求めることができる。したがって、ゆがみを補正する前のすべての画素の座標値を式（８）で変換すると、ゆがみ補正された画像として投影面に投影されることになる。図１０に具体的な数値例を示す。
【００９３】
つぎに、電子的補正の別の操作方法について説明する。通常、プロジェクタは、画面表示の初期設定として、画像サイズやビデオ入力チャンネル等のメニューを表示し、操作者は表示されたメニューから、接続機器にふさわしい状態を選択することがおこなわれる。
【００９４】
この初期設定メニュー画面にゆがみを補正する画面を追加する。図１１は、実施の形態１によるプロジェクタの投影画面（初期設定メニュー画面）の一例を示す説明図である。図１１において、輝点１１０１は、矢印キー、ポインティングデバイス、その他プロジェクタに接続可能な信号入力端子を利用して移動することができる。
【００９５】
この輝点１１０１を上下左右に移動し、図９に示した四つのコーナー（Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）に順次移動させながら、各コーナーにおいて、（１００，８００），（１００，１００），（１０００，１００），（１０００，８００）と入力する。この数値の入力は、キーボードによりおこなれてもよく、また、メニュー画面が表示され、そのメニューの指示にしたがって入力するようにしてもよい。なお、ここで用いる数値の単位は画素数とする。
【００９６】
ＬＣＤ（液晶表示素子）における輝点１１０１のアドレスは、プロジェクタ本体が常にわかっているので、式（８）を用いると、４点のｘ’，ｙ’，ｘ，ｙが求められたことになる。この場合、「’」が付与された座標値は、操作者が入力する値であり、「’」が付与されていない座標値は、システムが検出する値である。
【００９７】
これらの４点の数値を、
x'0，y'0，x0，y0，x'1，y'1，x1，y1，x'2，y'2，x2，y2，x'3，y'3，x3，y3
と置くと、式（８）に上記数値を代入してマトリックスＴを解くと、これにより、Ｔを求めることができる。
【００９８】
プロジェクタが今後表示する画像は、（ｘ’，ｙ’）であるから、補正部８０４から画像形成部８０３へ入力される画素の座標値（ｘ’，ｙ’）は、式（９）にしたがって、（ｘ，ｙ）座標系に変換され、これが投影・表示されることになる。
【数６】
なお、式（９）において、Ｔ-1は行列Ｔの逆行列を示している。
【００９９】
つぎに、投影面に投影された画像のゆがみを補正する操作について説明する。図１２は、実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の手順を示すフローチャートである。図１２のフローチャートにおいて、まず、図９に示したような、あらかじめ定められた表人パターン画像を投影面に投影表示する（ステップＳ１２０１）。
【０１００】
つぎに、ステップＳ１２０１において投影表示された画像の四つの代表点のうちの一つの座標値の入力があったか否かを判断する（ステップＳ１２０２）。ここで、座標値の入力を待って、入力があった場合（ステップＳ１２０２肯定）は、所定数（本実施の形態では四つ）の座標値の入力があったか否かを判断し（ステップＳ１２０３）、未だ所定数の座標値の入力がない場合（ステップＳ１２０３否定）は、ステップＳ１２０２へ移行する。
【０１０１】
一方、ステップＳ１２０３において、所定数の座標値の入力があった場合（ステップＳ１２０３肯定）は、入力された座標値に基づいて、ゆがみ量、すなわち、変換マトリックスＴを算出する（ステップＳ１２０４）。
【０１０２】
つぎに、ステップＳ１２０４において算出された変換マトリックスＴに基づいて、画像の補正をおこない（ステップＳ１２０５）、補正された画像を再度投影面に投影表示する（ステップＳ１２０６）。
【０１０３】
つぎに、ステップＳ１２０６において投影表示された画像でゆがみの補正がＯＫであるか否かを判断する（ステップＳ１２０７）。ここで、ＯＫでない場合（ステップＳ１２０７否定）は、ステップＳ１２０２へ移行し、再度、座標点が入力されるのを待つ。
【０１０４】
一方、ステップＳ１２０７において、ＯＫである場合（ステップＳ１２０７肯定）は、ステップＳ１２０１において表示した標準画像を消去し（ステップＳ１２０８）、処理を終了する。
【０１０５】
図１３は、実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の別の手順を示すフローチャートである。図１３のフローチャートにおいて、まず、図１１に示したような、メニュー画面を投影面に投影表示する（ステップＳ１３０１）。
【０１０６】
つぎに、ステップＳ１３０１において投影表示された画像において、輝点が第１のコーナーへ移動したか否かを判断する（ステップＳ１３０２）。ここで、輝点が第１のコーナーへ移動するのを待って、移動した場合（ステップＳ１３０２肯定）は、第１のコーナーの座標値の入力があったか否かを判断する（ステップＳ１３０３）。
【０１０７】
ステップＳ１３０３において、座標値の入力を待って、座標値の入力があった場合（ステップＳ１３０３肯定）は、つぎに、輝点が第２のコーナーへ移動したか否かを判断する（ステップＳ１３０４）。
【０１０８】
以後、同様にして、第２、第３、第４のコーナーの輝点の移動、座標値の入力がおこなわれ（ステップＳ１３０４〜ステップＳ１３０９）、最終的に、第４のコーナーの座標値の入力があった場合（ステップＳ１３０９）は、図１２におけるステップＳ１２０４へ移行し、以後、図１２における処理手順と同様の手順により処置される。
【０１０９】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、プロジェクタが設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができる。
【０１１０】
また、この実施の形態１によれば、光学系から投影面までの距離の違いによる投影面でのフォーカス（焦点）のずれを効率的に補正することができる。
【０１１１】
また、この実施の形態１によれば、位置座標を入力するという簡易な操作のみで、光学系から投影面までの距離の違いによる投影面でのフォーカス（焦点）のずれをさらに効率よく補正することができる。
【０１１２】
また、この実施の形態１によれば、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができる。
【０１１３】
なお、実施の形態１において、光軸移動部１０３を設け、光軸を移動させることができるようにしたが、光軸移動部１０３を設けることなく、光軸はあらかじめ固定された状態であってもよい。その場合は光軸は投影面の中心付近に設定するされるようにするとよい。
【０１１４】
（実施の形態２）
さて、上述した実施の形態１では、補正処理のすべてを、プロジェクタがおこなったが、以下に説明する実施の形態２のように、上記補正処理を投影画像補正装置がおこなうようにしてもよい。
【０１１５】
図１４は、この発明の実施の形態２によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【０１１６】
図１４において、プロジェクタ１４００は、複数のレンズ等から構成される光学系１４０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート１４０２と、作像プレート１４０２を２点以上の点により支持する支持部１０４と、から構成される。
【０１１７】
また、投影画像補正装置１４５０は、プロジェクタ１４００の光学系１４０１の光軸を投影面の中心方向へ移動するための光軸移動データを出力する光軸移動データ出力部１４５１と、プロジェクタ１４００の支持部１０４を制御することにより、投影面に対する作像プレートの角度を制御する作像プレート角度制御データを出力する作像プレート角度制御データ出力部１４５２と、投影面に投影された画像のフォーカスを補正するための位置座標を入力する入力部１４５３と、から構成される。
【０１１８】
なお、光軸移動データ出力部１４５１は、光軸を固定に設定した場合は不要であり、任意の構成要素となる。
【０１１９】
光軸移動データ出力部１４５１、作像プレート角度制御データ出力部１４５２、入力部１４５３は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【０１２０】
また、図１５は、この発明の実施の形態２によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【０１２１】
図１５において、プロジェクタ１５００は、複数のレンズ等から構成される光学系１５０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート１５０２と、から構成される。
【０１２２】
また、投影画像補正装置１５５０は、作像プレートに作像するための画像を形成する画像形成データをプロジェクタ１５００の作像プレート１５０２へ出力する画像形成データ出力部１５５１と、補正部１５５２と、算出部１５５３と、投影面に投影された画像の台形ゆがみを補正するための位置座標を入力する入力部１５５４と、標準画像を形成する標準画像形成データを出力する標準画像形成データ出力部１５５５とから構成される。
【０１２３】
補正部１５５２および算出部１５５３の内容は、実施の形態１における補正部８０４および算出部８０５の内容と同様であるので、その説明は省略する。
【０１２４】
なお、画像形成データ出力部１５５１、補正部１５５２、算出部１５５３、入力部１５５４は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【０１２５】
以上説明したように、この実施の形態２によれば、投影画像の補正をプロジェクタとは別の投影画像補正装置によりおこなうことができる。
【０１２６】
なお、実施の形態２において、光軸移動データ出力部１４５１を設け、光軸移動データをプロジェクタ１４００へ送信することにより、プロジェクタ１４００の光軸を移動させることができるようにしたが、光軸移動データ出力部１４５１を設けることなく、プロジェクタ１４００の光軸はあらかじめ固定された状態であってもよい。その場合は光軸は投影面の中心付近に設定するされるようにするとよい。
【０１２７】
実施の形態１、２で説明した投影画像補正方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現される。このプログラムは、ハードディスク、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、上記記録媒体を介して、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
この発明によれば、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを補正することができ、これにより、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正できるという効果を奏する。
【０１２９】
また、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができ、これにより、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正することができるという効果を奏する。
【０１３０】
また、機器が設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができ、これにより、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【図２】 実施の形態１によるプロジェクタの側面から見た光学系・作像プレートと投影面との投影面との関係を示す説明図である。
【図３】 実施の形態１によるプロジェクタの側面から見た光学系・作像プレートと投影面との投影面との関係を示す別の説明図である。
【図４】 実施の形態１によるプロジェクタの作像プレート平面座標値と、投影面上の座標値との関係を示す説明図である。
【図５】 実施の形態１によるプロジェクタの投影面に投影された画像の例を示す説明図である。
【図６】 実施の形態１によるプロジェクタの作像プレートを傾斜させるための機構を示す説明図である。
【図７】 実施の形態１によるプロジェクタのフォーカシングの設定の手順を示すフローチャートである。
【図８】 実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【図９】 実施の形態１によるプロジェクタの標準パターン画像を投影面に投影した例を示す説明図である。
【図１０】 実施の形態１によるプロジェクタの画像の変形前と変形後の具体的な数値例を示す説明図である。
【図１１】 実施の形態１によるプロジェクタの投影画面（初期設定メニュー画面）の一例を示す説明図である。
【図１２】 実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の手順を示すフローチャートである。
【図１３】 実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の別の手順を示すフローチャートである。
【図１４】 この発明の実施の形態２によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【図１５】 の実施の形態２によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１００，８００，１４００，１５００ プロジェクタ
１０１，８０１，１４０１，１５０１ 光学系
１０２，８０２，１４０２，１５０２ 作像プレート
１０３ 光軸移動部
１０４，１４０３ 支持部材
１０５ 作像プレート角度制御部
１０６，８０６ 入力部
５００，９００，１１００ 投影面
６００ 基板
６０１〜６０４ アクチュエータ
８０３ 画像形成部
８０４ 補正部
８０５ 算出部
８０７ 標準画像形成部
１４５０，１５５０ 投影画像補正装置
１４５１ 光軸移動データ出力部
１４５２ 作像プレート角度制御データ出力部
１４５３，１５５４ 入力部
１５５１ 画像形成データ出力部
１５５２ 補正部
１５５３ 算出部
１５５５ 標準画像形成データ出力部
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像形成部材に形成された画像を前記光学系を介して投影面に投影するプロジェクタおよび光学系を介して投影面に投影するプロジェクタの投影画像を補正する投影画像補正装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ビデオプロジェクタのような、画像を投影する装置において、電子的に形成されたデジタル画像をスクリーン等の投影面にゆがみなく投影することはきわめて重要な要件である。従来、このようなプロジェクタを使用する上でしばしば問題となるのが、プロジェクタの光軸とスクリーン平面等の投影面の直交性が崩れることにともなう、いわゆる台形ゆがみである。この台形ゆがみを補正するための技術として、たとえば、以下のような補正技術が提案されてきた。
【０００３】
従来の補正技術として最も代表的なものとして、あおり光学系による方法を利用するものがある。これは、作像平面とスクリーン平面とを平行に保つように配置し、これに適した結像系を置く方法である。この方法において最も一般的に用いられている第１の手法としては、レンズを作像平面に平行にずらすものがある。この第１の手法は実用化されている例も多数存在する。また、第２の手法として、くさび上のレンズやプリズムを光学系に追加することにより補正するものがある。
【０００４】
さらに、近来、デジタル画像を投影することが多くなるにつれ、電子的に台形ゆがみを補正する方法が提案されている。その代表的な例として、テストチャートのような既知の画像を投影しておいて、投影された画像をデジタルカメラ等の撮像装置によって撮影し、ゆがみ量を計測し、各画像の投影位置として最適な位置にくるようにあらかじめ作像位置を変移させておくというものがある。
【０００５】
【発明が解消しようとする課題】
しかしながら、上記従来の補正技術のうち、第１の手法にあっては、レンズの広角側を結像に利用するため、高度なレンズ設計技術が求められ、その結果、装置が高価になるという問題点があった。
【０００６】
また、第２の手法にあっては、付属の光学部品が必要であり、また、大きなゆがみには対応が困難であるという問題点があった。
【０００７】
また、上記従来技術である電子的に台形ゆがみを補正する方法では、デジタルカメラ等の撮像装置が別途必要になり、その分だけ高価になるという問題点があった。
【０００８】
この発明は、上述した従来例による問題点を解消するため、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正することが可能なプロジェクタおよび投影画像補正装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明のプロジェクタは、画像を形成する画像形成部材および光学系を備え、前記画像形成部材に形成された画像を前記光学系を介して投影面に投影するプロジェクタにおいて、前記投影面に投影された画像のゆがみを補正するための前記投影面に投影された画像の正しい位置に対応する前記投影面上の位置座標を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された位置座標に基づいて前記投影面に投影される画像のゆがみ量を算出、あるいは、算出結果を参照する算出手段と、前記算出手段により算出されたゆがみ量に基づいて前記画像形成部材に形成される前記画像を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
この発明によれば、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを補正することができる。
【００１１】
また、前記入力手段により位置座標が入力される際、円形、長方形等の所定形状の画像からなるゆがみを補正するための標準画像を前記投影面に投影する標準画像投影手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができる。
【００１３】
また、前記光学系の光軸を前記投影面の中心方向へ移動させる光軸移動手段を備えたことを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、プロジェクタが設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができる。
【００１５】
また、この発明の投影画像補正装置は、光学系を介して投影面に投影するプロジェクタの投影画像を補正する投影画像補正装置において、前記投影面に投影された画像のゆがみを補正するための前記投影面に投影された画像の正しい位置に対応する前記投影面上の位置座標を入力する入力手段と、前記入力手段により入力された位置座標に基づいて前記投影面に投影される画像のゆがみ量を算出、あるいは、算出結果を参照する算出手段と、前記算出手段により算出されたゆがみ量に基づいて前記画像形成部材に形成される前記画像を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを補正することができる。
【００１７】
また、前記入力手段により位置座標が入力される際、円形、長方形等の所定形状の画像からなるゆがみを補正するための標準画像を前記プロジェクタに出力する標準画像出力手段を備えたことを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができる。
【００１９】
また、前記プロジェクタの光学系の光軸を前記投影面の中心方向へ移動させる光軸移動手段を備えたことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、プロジェクタが設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係るプロジェクタ、投影画像補正装置、投影画像補正方法およびその方法をコンピュータに実行させるプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００５２】
（実施の形態１）
実施の形態１においては、大別して２つの機能を有する。１つは光学的補正機能であり、もう１つは電子的補正機能である。
【００５３】
（光学的補正機能）
まず、実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成について説明する。図１は、この発明の実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【００５４】
図１において、プロジェクタ１００は、複数のレンズ等から構成される光学系１０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート１０２と、光学系１０１の光軸を投影面の中心方向へ移動する光軸移動部１０３と、作像プレート１０２を２点以上の点により支持する支持部１０４と、支持部１０４を制御することにより、投影面に対する作像プレートの角度を制御する作像プレート角度制御部１０５と、投影面に投影された画像のフォーカスを補正するための位置座標を入力する入力部１０６と、から構成される。
【００５５】
なお、光軸移動部１０３は、光軸を固定に設定した場合は不要であり、任意の構成要素となる。
【００５６】
光軸移動部１０３、作像プレート角度制御部１０５、入力部１０６は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【００５７】
つぎに、実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能の原理について説明する。図２、３は、実施の形態１によるプロジェクタの側面から見た光学系・作像プレートと投影面との投影面との関係を示す説明図である。
【００５８】
台形ゆがみを生じるような光学的位置関係では、図２に示すような作像プレートＩ上の画像すべてが、スクリーンＳ上に正しくフォーカシングされていない。従来は、このフォーカスのずれを除去するために、あおり光学系が採用されていたが、実施の形態１においては、従来のあおり光学系の欠点、すなわち、広角レンズやプリズムを必要とする光学系の代わりに、光軸移動部１０３により図２に示すように、そのまま光軸Ｏを回転移動させて投影する。
【００５９】
ただし、この状態では、作像プレート（ＬＣＤ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ；液晶表示素子）Ｉから点Ａまでの距離と、作像プレート（ＬＣＤ）Ｉから点Ｂまでの距離の違いにより、点Ａと点Ｂとを同時にフォーカシングさせることはできない。
【００６０】
点Ａおよび点Ｂの両方を同時に結像させるためには、作像プレート（ＬＣＤ）Ｉの角度を制御し、より遠方の点、すなわち点Ａの信号を形成する作像プレート（ＬＣＤ）Ｉ側を、図３に示しように、光学系に近づける。図３にあっては、作像プレート（ＬＣＤ）Ｉを光学系に近づけた状態（作像プレート（ＬＣＤ）Ｉ’）を示している。
【００６１】
つぎに、より具体的な制御の内容について説明する。まず、投影面（平面）の方程式を式（１）で表す。
ｚ＝ｐｘ＋ｑｙ＋ｃ （１）
【００６２】
ここで、座標軸は正常位置の作像プレートに固定しているとし、ｚ軸は作像プレートに垂直な光学系の光軸に取り、ｘ軸、ｙ軸は作像プレート平面に平行な、水平と垂直軸にとるとする。また、仮想的に作像プレートを光学系の投影面側に置き、作像プレートをｚ＝１とする。この仮定は、カメラ投影系ではしばしば使用される系であり、これを用いることとする。
【００６３】
作像プレート平面座標値を（Ｘ，Ｙ）で表し、投影面上の座標値を（ｘ，ｙ）で表すと、両座標値（（Ｘ，Ｙ）と（ｘ，ｙ））の関係は、図４に示す関係になる。図４は、実施の形態１によるプロジェクタの作像プレート平面座標値と、投影面上の座標値との関係を示す説明図である。
【００６４】
図４において、式（２）、式（３）、式（４）の関係が成立する。
（０，Ｙ）←→（０，−ｃ／ｑ，−ｃ／ｑＹ） （２）
（Ｘ，０）←→（−ｃ／ｐ，０，−ｃ／ｐＸ） （３）
（０，０）←→（０，０，ｃ） （４）
【００６５】
作像プレート上の（０，Ｙ）と（Ｘ，０）の距離は、投影面上では、
【数１】
【数２】
【００６６】
したがって、Ｘ＝Ｙの場合、両者の距離の比は、
ｐ／ｑ （５）
となる。
【００６７】
ここでは、距離の単位は結像レンズの焦点距離であるから、
−１＜Ｘ，Ｙ＜１
−１≪ｐ，ｑ≪１
が成立する関係を利用したものである。また、作像プレート平面上の水平・垂直軸は、投影面の水平・垂直軸とそれぞれ同一平面内にあるとする。
【００６８】
このような場合に、投影面上の等長線分を、作像プレート上の長さで測定することにより、スクリーンを表す方程式の係数の１つを求めることができる。換言すれば、長さの等しい垂直・水平線は、それぞれ長さの比がｐ：ｑの線分として投影される。
【００６９】
ここで、ｐ≦ｑの関係が成立するとすると、等しい長さの垂直・水平線分が投影された垂直・水平線画像において、水平線上に垂直線の長さと等しい点にポインタを移動し、この点のこの座標値を作像プレート角度制御部１０５の所定の記憶領域に記憶する。
【００７０】
図５は、実施の形態１によるプロジェクタの投影面に投影された画像の例を示す説明図である。図５において、作像プレート角度制御部１０５の所定の記憶領域に座標値が記憶された点をｑ１とする。操作者は、図３のように投影された投影画像を参照し、垂直軸ｏｐと水平軸ｏｑの長さが等しくなるよう水平軸上の点ｑ１を指定する。
【００７１】
より具体的には、ポインティングデバイス等を用いて、輝点◎をｑ１に移動させて、ボタンをクリックすればよい。これにより、式（５）に基づいて
ｐ／ｑ＝Ｋ （６）
を求めることができる。
【００７２】
式（６）の関係から、投影面の方程式である式（１）は以下の式（７）で表すことができる。
ｚ＝Ｋｑｘ＋ｑｙ＋ｃ＝ｑ（Ｋｘ＋ｙ）＋ｃ （７）
【００７３】
式（７）は、等高線がＫｘ＋ｙ＝ｃｏｎｓｔで表すことができる平面からなっているので、投影面と作像プレート面の光線の方程式は上記等高線に対して平行である。したがって、作像プレート面と投影面の結像関係を保持するためには、投影面に対して傾斜方向余弦は１：Ｋであるから、作像プレート面も１：Ｋの割合で傾斜されるようにする。
【００７４】
図６は、実施の形態１によるプロジェクタの作像プレートを傾斜させるための機構を示す説明図である。図６において、基板６００の四つのコーナーを支持する可動アクチュエータ６０１，６０２，６０３，６０４が備えられており、作像プレートＩはこの四つの可動アクチュエータ６０１〜６０４によって傾斜されることにより、投影面に対する角度が制御される。なお、可動アクチュエータは、複数あればよく、上記のように四つには限定されない。
【００７５】
傾斜の割合は、
【数３】
【数４】
【００７６】
なお、傾斜角度の絶対値は、投影面との距離に依存するため、実際のフォーカス合わせは、投影面に投影された投影画像を確認しながら調整するとよい。また、この回転角度は、図３におけるＩとＩ’の角度であるが、一般的に投影面は結像レンズの焦点距離に比べてきわめて大きいので、この角度は０に近い。したがって、作像プレートの角度制御はきわめて微少でよい。
【００７７】
つぎに、フォーカシングの設定方法について説明する。図７は、実施の形態１によるプロジェクタのフォーカシングの設定の手順を示すフローチャートである。図７のフローチャートにおいて、まず、任意のステップとして、投影面における投影画像が所望の位置に表示されるように光軸を移動（回転）させる（ステップＳ７０１）。
【００７８】
つぎに、図５に示したような、あらかじめ定められた水平／垂直の等長線分の図形を投影面に投影表示する（ステップＳ７０２）。
【００７９】
つぎに、ステップＳ７０２において投影表示された図形の水平／垂直の等長線分のうち、短い方の線分と見せかけ上等しい長さの点を、長い方の線分上に指定されたか否かを判断する（ステップＳ７０３）。指定の方法は、上述のように、輝点を移動させ、ポインティングデバイスをクリックすることによりおこなわれる。
【００８０】
ステップＳ７０３において、指定されるのを待って、指定された場合（ステップＳ７０３肯定）は、指定された点の座標値に基づいて、パラメータｐ：ｑを算出する（ステップＳ７０４）。
【００８１】
つぎに、ステップＳ７０４において算出されたパラメータｐ：ｑに基づいて算出した角度で作像プレートを傾斜させる（ステップＳ７０５）。
【００８２】
その後、その状態で、投影面のフォーカシングがＯＫであるか否かを判断する（ステップＳ７０６）。ここで、ＯＫでない場合（ステップＳ７０６否定）は、ステップＳ７０３へ移行し、再度、等長点の指定されるのを待つ。
【００８３】
一方、ステップＳ７０６において、ＯＫである場合（ステップＳ７０６肯定）は、水平／垂直の等長線分の図形を消去し（ステップＳ７０７）、処理を終了する。
【００８４】
（電子的補正機能）
つぎに、実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成について説明する。図８は、この発明の実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【００８５】
図８において、プロジェクタ８００は、複数のレンズ等から構成される光学系８０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート８０２と、作像プレートに作像するための画像を形成する画像形成部８０３と、補正部８０４と、算出部８０５と、投影面に投影された画像の台形ゆがみを補正するための位置座標を入力する入力部８０６と、標準画像を形成する標準画像形成部８０７とから構成される。補正部８０４および算出部８０５の内容については後述する。
【００８６】
なお、画像形成部８０３、補正部８０４、算出部８０５、入力部８０６は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【００８７】
つぎに、実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能の原理（補正部８０４、算出部８０５の内容）について説明する。電子的補正は、投影された標準パターンと、これを操作する手順からなる。まず、プロジェクタによってあらかじめ定められた標準パターン画像が投影面に投影される。
【００８８】
図９は、実施の形態１によるプロジェクタの標準パターン画像を投影面に投影した例を示す説明図である。図９において、台形ＡＢＣＤと、その中央にある実線の楕円があらかじめ定められた標準パターン画像である。本来、この台形ＡＢＣＤは、プロジェクタの光軸が投影面に対して垂直であれば、それぞれ長方形と円形に投影されるべきものである。このような理想的状態のパターンが図中に破線の矩形で示されている。
【００８９】
操作者は、最初のセットアップの状態において、あらかじめ定められた標準パターン（長方形）を投影面に投影させ、四辺形の四つのコーナーに対応する本来あるべき正しい位置をポインティングデバイスあるいはキー操作によって指定する。キー操作の場合は、座標値を入力するか、方向キーを用いて輝点を移動させることにより正しい位置を指定する。このような正しい位置をＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｄ’で示している。
【００９０】
このとき、四つの点の指定を容易にするため、画像のゆがみが目立つような図形、たとえば、円形を用いるようにしてもよい。
【００９１】
変形前の座標値を（ｘ，ｙ）とし、変形後の座標値を（ｘ’，ｙ’）とすると、その間の変換行列は式（８）で表すことができる。
【数５】
【００９２】
図９に示した四つのコーナーの座標値を与えると、式（８）を解くことができ、変換行列Ｔを求めることができる。したがって、ゆがみを補正する前のすべての画素の座標値を式（８）で変換すると、ゆがみ補正された画像として投影面に投影されることになる。図１０に具体的な数値例を示す。
【００９３】
つぎに、電子的補正の別の操作方法について説明する。通常、プロジェクタは、画面表示の初期設定として、画像サイズやビデオ入力チャンネル等のメニューを表示し、操作者は表示されたメニューから、接続機器にふさわしい状態を選択することがおこなわれる。
【００９４】
この初期設定メニュー画面にゆがみを補正する画面を追加する。図１１は、実施の形態１によるプロジェクタの投影画面（初期設定メニュー画面）の一例を示す説明図である。図１１において、輝点１１０１は、矢印キー、ポインティングデバイス、その他プロジェクタに接続可能な信号入力端子を利用して移動することができる。
【００９５】
この輝点１１０１を上下左右に移動し、図９に示した四つのコーナー（Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’）に順次移動させながら、各コーナーにおいて、（１００，８００），（１００，１００），（１０００，１００），（１０００，８００）と入力する。この数値の入力は、キーボードによりおこなれてもよく、また、メニュー画面が表示され、そのメニューの指示にしたがって入力するようにしてもよい。なお、ここで用いる数値の単位は画素数とする。
【００９６】
ＬＣＤ（液晶表示素子）における輝点１１０１のアドレスは、プロジェクタ本体が常にわかっているので、式（８）を用いると、４点のｘ’，ｙ’，ｘ，ｙが求められたことになる。この場合、「’」が付与された座標値は、操作者が入力する値であり、「’」が付与されていない座標値は、システムが検出する値である。
【００９７】
これらの４点の数値を、
x'0，y'0，x0，y0，x'1，y'1，x1，y1，x'2，y'2，x2，y2，x'3，y'3，x3，y3
と置くと、式（８）に上記数値を代入してマトリックスＴを解くと、これにより、Ｔを求めることができる。
【００９８】
プロジェクタが今後表示する画像は、（ｘ’，ｙ’）であるから、補正部８０４から画像形成部８０３へ入力される画素の座標値（ｘ’，ｙ’）は、式（９）にしたがって、（ｘ，ｙ）座標系に変換され、これが投影・表示されることになる。
【数６】
【００９９】
つぎに、投影面に投影された画像のゆがみを補正する操作について説明する。図１２は、実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の手順を示すフローチャートである。図１２のフローチャートにおいて、まず、図９に示したような、あらかじめ定められた表人パターン画像を投影面に投影表示する（ステップＳ１２０１）。
【０１００】
つぎに、ステップＳ１２０１において投影表示された画像の四つの代表点のうちの一つの座標値の入力があったか否かを判断する（ステップＳ１２０２）。ここで、座標値の入力を待って、入力があった場合（ステップＳ１２０２肯定）は、所定数（本実施の形態では四つ）の座標値の入力があったか否かを判断し（ステップＳ１２０３）、未だ所定数の座標値の入力がない場合（ステップＳ１２０３否定）は、ステップＳ１２０２へ移行する。
【０１０１】
一方、ステップＳ１２０３において、所定数の座標値の入力があった場合（ステップＳ１２０３肯定）は、入力された座標値に基づいて、ゆがみ量、すなわち、変換マトリックスＴを算出する（ステップＳ１２０４）。
【０１０２】
つぎに、ステップＳ１２０４において算出された変換マトリックスＴに基づいて、画像の補正をおこない（ステップＳ１２０５）、補正された画像を再度投影面に投影表示する（ステップＳ１２０６）。
【０１０３】
つぎに、ステップＳ１２０６において投影表示された画像でゆがみの補正がＯＫであるか否かを判断する（ステップＳ１２０７）。ここで、ＯＫでない場合（ステップＳ１２０７否定）は、ステップＳ１２０２へ移行し、再度、座標点が入力されるのを待つ。
【０１０４】
一方、ステップＳ１２０７において、ＯＫである場合（ステップＳ１２０７肯定）は、ステップＳ１２０１において表示した標準画像を消去し（ステップＳ１２０８）、処理を終了する。
【０１０５】
図１３は、実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の別の手順を示すフローチャートである。図１３のフローチャートにおいて、まず、図１１に示したような、メニュー画面を投影面に投影表示する（ステップＳ１３０１）。
【０１０６】
つぎに、ステップＳ１３０１において投影表示された画像において、輝点が第１のコーナーへ移動したか否かを判断する（ステップＳ１３０２）。ここで、輝点が第１のコーナーへ移動するのを待って、移動した場合（ステップＳ１３０２肯定）は、第１のコーナーの座標値の入力があったか否かを判断する（ステップＳ１３０３）。
【０１０７】
ステップＳ１３０３において、座標値の入力を待って、座標値の入力があった場合（ステップＳ１３０３肯定）は、つぎに、輝点が第２のコーナーへ移動したか否かを判断する（ステップＳ１３０４）。
【０１０８】
以後、同様にして、第２、第３、第４のコーナーの輝点の移動、座標値の入力がおこなわれ（ステップＳ１３０４〜ステップＳ１３０９）、最終的に、第４のコーナーの座標値の入力があった場合（ステップＳ１３０９）は、図１２におけるステップＳ１２０４へ移行し、以後、図１２における処理手順と同様の手順により処置される。
【０１０９】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、プロジェクタが設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができる。
【０１１０】
また、この実施の形態１によれば、光学系から投影面までの距離の違いによる投影面でのフォーカス（焦点）のずれを効率的に補正することができる。
【０１１１】
また、この実施の形態１によれば、位置座標を入力するという簡易な操作のみで、光学系から投影面までの距離の違いによる投影面でのフォーカス（焦点）のずれをさらに効率よく補正することができる。
【０１１２】
また、この実施の形態１によれば、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができる。
【０１１３】
なお、実施の形態１において、光軸移動部１０３を設け、光軸を移動させることができるようにしたが、光軸移動部１０３を設けることなく、光軸はあらかじめ固定された状態であってもよい。その場合は光軸は投影面の中心付近に設定するされるようにするとよい。
【０１１４】
（実施の形態２）
さて、上述した実施の形態１では、補正処理のすべてを、プロジェクタがおこなったが、以下に説明する実施の形態２のように、上記補正処理を投影画像補正装置がおこなうようにしてもよい。
【０１１５】
図１４は、この発明の実施の形態２によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【０１１６】
図１４において、プロジェクタ１４００は、複数のレンズ等から構成される光学系１４０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート１４０２と、作像プレート１４０２を２点以上の点により支持する支持部１０４と、から構成される。
【０１１７】
また、投影画像補正装置１４５０は、プロジェクタ１４００の光学系１４０１の光軸を投影面の中心方向へ移動するための光軸移動データを出力する光軸移動データ出力部１４５１と、プロジェクタ１４００の支持部１０４を制御することにより、投影面に対する作像プレートの角度を制御する作像プレート角度制御データを出力する作像プレート角度制御データ出力部１４５２と、投影面に投影された画像のフォーカスを補正するための位置座標を入力する入力部１４５３と、から構成される。
【０１１８】
なお、光軸移動データ出力部１４５１は、光軸を固定に設定した場合は不要であり、任意の構成要素となる。
【０１１９】
光軸移動データ出力部１４５１、作像プレート角度制御データ出力部１４５２、入力部１４５３は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【０１２０】
また、図１５は、この発明の実施の形態２によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【０１２１】
図１５において、プロジェクタ１５００は、複数のレンズ等から構成される光学系１５０１と、投影するための画像を形成する液晶表示素子（ＬＣＰ）等の作像プレート１５０２と、から構成される。
【０１２２】
また、投影画像補正装置１５５０は、作像プレートに作像するための画像を形成する画像形成データをプロジェクタ１５００の作像プレート１５０２へ出力する画像形成データ出力部１５５１と、補正部１５５２と、算出部１５５３と、投影面に投影された画像の台形ゆがみを補正するための位置座標を入力する入力部１５５４と、標準画像を形成する標準画像形成データを出力する標準画像形成データ出力部１５５５とから構成される。
【０１２３】
補正部１５５２および算出部１５５３の内容は、実施の形態１における補正部８０４および算出部８０５の内容と同様であるので、その説明は省略する。
【０１２４】
なお、画像形成データ出力部１５５１、補正部１５５２、算出部１５５３、入力部１５５４は、それぞれ、図示は省略するが、ＲＯＭ、ＲＡＭまたはハードディスク、フロッピーディスク等の記録媒体に記録されたプログラムに記載された命令にしたがってＣＰＵ（中央演算処理装置）等が命令処理を実行することにより、各部の機能を実現するものである。
【０１２５】
以上説明したように、この実施の形態２によれば、投影画像の補正をプロジェクタとは別の投影画像補正装置によりおこなうことができる。
【０１２６】
なお、実施の形態２において、光軸移動データ出力部１４５１を設け、光軸移動データをプロジェクタ１４００へ送信することにより、プロジェクタ１４００の光軸を移動させることができるようにしたが、光軸移動データ出力部１４５１を設けることなく、プロジェクタ１４００の光軸はあらかじめ固定された状態であってもよい。その場合は光軸は投影面の中心付近に設定するされるようにするとよい。
【０１２７】
実施の形態１、２で説明した投影画像補正方法は、あらかじめ用意されたプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現される。このプログラムは、ハードディスク、フロッピーディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、上記記録媒体を介して、インターネット等のネットワークを介して配布することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
この発明によれば、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを補正することができ、これにより、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正できるという効果を奏する。
【０１２９】
また、標準画像に基づいて位置座標を入力するという簡易な操作のみで、投影面において発生するいわゆる台形ゆがみを効率的に補正することができ、これにより、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正することができるという効果を奏する。
【０１３０】
また、機器が設置される位置に関わらず、所望の投影面に対して画像を投影することができ、これにより、装置の使用条件が設計時の想定と異なる場合に生じるゆがみを使用条件に合わせて操作者が容易に補正することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【図２】 実施の形態１によるプロジェクタの側面から見た光学系・作像プレートと投影面との投影面との関係を示す説明図である。
【図３】 実施の形態１によるプロジェクタの側面から見た光学系・作像プレートと投影面との投影面との関係を示す別の説明図である。
【図４】 実施の形態１によるプロジェクタの作像プレート平面座標値と、投影面上の座標値との関係を示す説明図である。
【図５】 実施の形態１によるプロジェクタの投影面に投影された画像の例を示す説明図である。
【図６】 実施の形態１によるプロジェクタの作像プレートを傾斜させるための機構を示す説明図である。
【図７】 実施の形態１によるプロジェクタのフォーカシングの設定の手順を示すフローチャートである。
【図８】 実施の形態１によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【図９】 実施の形態１によるプロジェクタの標準パターン画像を投影面に投影した例を示す説明図である。
【図１０】 実施の形態１によるプロジェクタの画像の変形前と変形後の具体的な数値例を示す説明図である。
【図１１】 実施の形態１によるプロジェクタの投影画面（初期設定メニュー画面）の一例を示す説明図である。
【図１２】 実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の手順を示すフローチャートである。
【図１３】 実施の形態１によるプロジェクタの投影画像のゆがみ補正の別の手順を示すフローチャートである。
【図１４】 この発明の実施の形態２によるプロジェクタの光学的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【図１５】 の実施の形態２によるプロジェクタの電子的補正機能を実現するハードウエア構成を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
１００，８００，１４００，１５００ プロジェクタ
１０１，８０１，１４０１，１５０１ 光学系
１０２，８０２，１４０２，１５０２ 作像プレート
１０３ 光軸移動部
１０４，１４０３ 支持部材
１０５ 作像プレート角度制御部
１０６，８０６ 入力部
５００，９００，１１００ 投影面
６００ 基板
６０１〜６０４ アクチュエータ
８０３ 画像形成部
８０４ 補正部
８０５ 算出部
８０７ 標準画像形成部
１４５０，１５５０ 投影画像補正装置
１４５１ 光軸移動データ出力部
１４５２ 作像プレート角度制御データ出力部
１４５３，１５５４ 入力部
１５５１ 画像形成データ出力部
１５５２ 補正部
１５５３ 算出部
１５５５ 標準画像形成データ出力部
Claims (6)
- 画像を形成する画像形成部材および光学系を備え、前記画像形成部材に形成された画像を前記光学系を介して投影面に投影するプロジェクタにおいて、
前記投影面に投影された画像のゆがみを補正するための、前記投影面に投影された画像の正しい位置に対応する前記投影面上の位置座標を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された位置座標に基づいて前記投影面に投影される画像のゆがみ量を算出、あるいは、算出結果を参照する算出手段と、
前記算出手段により算出されたゆがみ量に基づいて前記画像形成部材に形成される前記画像を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とするプロジェクタ。 - 前記入力手段により位置座標が入力される際、円形、長方形等の所定形状の画像からなるゆがみを補正するための標準画像を前記投影面に投影する標準画像投影手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のプロジェクタ。
- 前記光学系の光軸を前記投影面の中心方向へ移動させる光軸移動手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のプロジェクタ。
- 光学系を介して投影面に投影するプロジェクタの投影画像を補正する投影画像補正装置において、
前記投影面に投影された画像のゆがみを補正するための、前記投影面に投影された画像の正しい位置に対応する前記投影面上の位置座標を入力する入力手段と、
前記入力手段により入力された位置座標に基づいて前記投影面に投影される画像のゆがみ量を算出、あるいは、算出結果を参照する算出手段と、
前記算出手段により算出されたゆがみ量に基づいて前記画像形成部材に形成される前記画像を補正する補正手段と、
を備えたことを特徴とする投影画像補正装置。 - 前記入力手段により位置座標が入力される際、円形、長方形等の所定形状の画像からなるゆがみを補正するための標準画像を前記プロジェクタに出力する標準画像出力手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の投影画像補正装置。
- 前記プロジェクタの光学系の光軸を前記投影面の中心方向へ移動させる光軸移動手段を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の投影画像補正装置。
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